Name: 3d printing and in situ surface modification via type i photoinitiated reversible addition-fragmentation chain transfer polymerization
Uploaded: 2022-02-18T14:45:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about 3D Printing and In Situ Surface Modification via Type I Photoinitiated Reversible Addition-Fragmentation Chain Transfer Polymerization at JoVE.com

המחברים מכירים במימון ממועצת המחקר האוסטרלית ומ-UNSW אוסטרליה באמצעות תוכנית מחקר דיסקברי (DP210100094).

1. הכנת תוכנית הדפסה בתלת-ממד ומדפסת תלת-ממד
<ol><li>עצבו את הדגם הדיגיטלי להדפסה בתלת-ממד בהתאם לשלבים הבאים.<ol>
<li>פתח תוכנית עיצוב בסיוע מחשב (ראה טבלת חומרים).</li>
		<li>במישור x-y, צור מלבן שבמרכזו המקור בעל מידות של 80 מ"מ x 40 מ"מ, ולאחר מכן להבליט לאורך ציר z החיובי עבור 1.5 מ"מ כדי ל...

<ol>
	<li>Ligon, S. C., Liska, R., Stampfl, J., Gurr, M., M&#252;lhaupt, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Polymers+for+3D+printing+and+customized+additive+manufacturing.">Polymers for 3D printing and customized additive manufacturing.</a> Chemical Reviews. 117 (15), 10212-10290 (2017).</li><li>Lewis, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+ink+writing+of+3D+functional+materials.">Direct ink writing of 3D functional materials.</a> Advanced Functional Materials. 16 (17), 2193-2204 (2006).</li><li>Kumar, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Selective+laser+sintering:+A+qualitative+and+objective+approach.">Selective laser sintering: A qualitative and objective approach.</a> JOM. 55 (10), 43-47 (2003).</li><li>Jung, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Designing+with+light:+Advanced+2D,+3D,+and+4D+materials.">Designing with light: Advanced 2D, 3D, and 4D materials.</a> Advanced Materials. 32 (18), 1903850 (2020).</li><li>Lim, K. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fundamentals+and+applications+of+photo-cross-linking+in+bioprinting.">Fundamentals and applications of photo-cross-linking in bioprinting.</a> Chemical Reviews. 120 (19), 10662-10694 (2020).</li><li>Chen, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photoinitiators+derived+from+natural+product+scaffolds:+Monochalcones+in+three-component+photoinitiating+systems+and+their+applications+in+3D+printing.">Photoinitiators derived from natural product scaffolds: Monochalcones in three-component photoinitiating systems and their applications in 3D printing.</a> Polymer Chemistry. 11 (28), 4647-4659 (2020).</li><li>Chen, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Novel+D-&#960;-A+and+A-&#960;-D-&#960;-A+three-component+photoinitiating+systems+based+on+carbazole/triphenylamino+based+chalcones+and+application+in+3D+and+4D+printing.">Novel D-&#960;-A and A-&#960;-D-&#960;-A three-component photoinitiating systems based on carbazole/triphenylamino based chalcones and application in 3D and 4D printing.</a> Polymer Chemistry. 11 (40), 6512-6528 (2020).</li><li>Zhang, J., Xiao, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D+printing+of+photopolymers.">3D printing of photopolymers.</a> Polymer Chemistry. 9 (13), 1530-1540 (2018).</li><li>Zhu, Y., Ramadani, E., Egap, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thiol+ligand+capped+quantum+dot+as+an+efficient+and+oxygen+tolerance+photoinitiator+for+aqueous+phase+radical+polymerization+and+3D+printing+under+visible+light.">Thiol ligand capped quantum dot as an efficient and oxygen tolerance photoinitiator for aqueous phase radical polymerization and 3D printing under visible light.</a> Polymer Chemistry. 12 (35), 5106-5116 (2021).</li><li>Jiang, P., Ji, Z., Wang, X., Zhou, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface+functionalization+-+a+new+functional+dimension+added+to+3D+printing.">Surface functionalization - a new functional dimension added to 3D printing.</a> Journal of Materials Chemistry C. 8 (36), 12380-12411 (2020).</li><li>Gonzalez, G., Chiappone, A., Dietliker, K., Pirri, C. F., Roppolo, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+and+functionalization+of+3D+printed+polydimethylsiloxane-based+microfluidic+devices+obtained+through+digital+light+processing.">Fabrication and functionalization of 3D printed polydimethylsiloxane-based microfluidic devices obtained through digital light processing.</a> Advanced Materials Technologies. 5 (9), 2000374 (2020).</li><li>Yao, X., Song, Y., Jiang, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Applications+of+bio-inspired+special+wettable+surfaces.">Applications of bio-inspired special wettable surfaces.</a> Advanced Materials. 23 (6), 719-734 (2011).</li><li>Bose, S., Robertson, S. F., Bandyopadhyay, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface+modification+of+biomaterials+and+biomedical+devices+using+additive+manufacturing.">Surface modification of biomaterials and biomedical devices using additive manufacturing.</a> Acta Biomaterialia. 66, 6-22 (2018).</li><li>Wang, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=i3DP,+a+robust+3D+printing+approach+enabling+genetic+post-printing+surface+modification.">i3DP, a robust 3D printing approach enabling genetic post-printing surface modification.</a> Chemical Communications. 49 (86), 10064-10066 (2013).</li><li>Lee, K., Corrigan, N., Boyer, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+high-resolution+3D+printing+and+surface+functionalization+via+type+I+photoinitiated+raft+polymerization.">Rapid high-resolution 3D printing and surface functionalization via type I photoinitiated raft polymerization.</a> Angewandte Chemie International Edition. 60 (16), 8839-8850 (2021).</li><li>Zhang, Z., Corrigan, N., Bagheri, A., Jin, J., Boyer, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+versatile+3D+and+4D+printing+system+through+photocontrolled+raft+polymerization.">A versatile 3D and 4D printing system through photocontrolled raft polymerization.</a> Angewandte Chemie International Edition. 58 (50), 17954-17963 (2019).</li><li>Corrigan, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reversible-deactivation+radical+polymerization+(controlled/living+radical+polymerization):+From+discovery+to+materials+design+and+applications.">Reversible-deactivation radical polymerization (controlled/living radical polymerization): From discovery to materials design and applications.</a> Progress in Polymer Science. 111, 101311 (2020).</li><li>Moad, G., Rizzardo, E., Thang, S. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Living+radical+polymerization+by+the+raft+process+-+A+third+update.">Living radical polymerization by the raft process - A third update.</a> Australian Journal of Chemistry. 65 (8), 985-1076 (2012).</li><li>Chiefari, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Living+free-radical+polymerization+by+reversible+addition&#8722;Fragmentation+chain+transfer:+The+RAFT+process.">Living free-radical polymerization by reversible addition&#8722;Fragmentation chain transfer: The RAFT process.</a> Macromolecules. 31 (16), 5559-5562 (1998).</li><li>Fromel, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=User-friendly+chemical+patterning+with+digital+light+projection+polymer+brush+photolithography.">User-friendly chemical patterning with digital light projection polymer brush photolithography.</a> European Polymer Journal. 158, 110652 (2021).</li><li>Fromel, M., Li, M., Pester, C. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface+engineering+with+polymer+brush+photolithography.">Surface engineering with polymer brush photolithography.</a> Macromolecular Rapid Communications. 41 (18), 2000177 (2020).</li><li>Wang, C. -. G., Chen, C., Sakakibara, K., Tsujii, Y., Goto, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Facile+fabrication+of+concentrated+polymer+brushes+with+complex+patterning+by+photocontrolled+organocatalyzed+living+radical+polymerization.">Facile fabrication of concentrated polymer brushes with complex patterning by photocontrolled organocatalyzed living radical polymerization.</a> Angewandte Chemie International Edition. 57 (41), 13504-13508 (2018).</li><li>Zoppe, J. O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface-initiated+controlled+radical+polymerization:+state-of-the-art,+opportunities,+and+challenges+in+surface+and+interface+engineering+with+polymer+brushes.">Surface-initiated controlled radical polymerization: state-of-the-art, opportunities, and challenges in surface and interface engineering with polymer brushes.</a> Chemical Reviews. 117 (3), 1105 (2017).</li><li>Pester, C. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ambiguous+antifouling+surfaces:+Facile+synthesis+by+light-mediated+radical+polymerization.">Ambiguous antifouling surfaces: Facile synthesis by light-mediated radical polymerization.</a> Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry. 54 (2), 253-262 (2016).</li><li>Poelma, J. E., Fors, B. P., Meyers, G. F., Kramer, J. W., Hawker, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+of+complex+three-dimensional+polymer+brush+nanostructures+through+light-mediated+living+radical+polymerization.">Fabrication of complex three-dimensional polymer brush nanostructures through light-mediated living radical polymerization.</a> Angewandte Chemie International Edition. 52 (27), 6844-6848 (2013).</li><li>Zhu, Y., Egap, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=PET-RAFT+polymerization+catalyzed+by+cadmium+selenide+quantum+dots+(QDs):+Grafting-from+QDs+photocatalysts+to+make+polymer+nanocomposites.">PET-RAFT polymerization catalyzed by cadmium selenide quantum dots (QDs): Grafting-from QDs photocatalysts to make polymer nanocomposites.</a> Polymer Chemistry. 11 (5), 1018-1024 (2020).</li><li>ASTM International. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=ASTM+Standard+D638-14:+Standard+Test+method+for+tensile+properties+of+plastics.">ASTM Standard D638-14: Standard Test method for tensile properties of plastics.</a> ASTM International. , (2014).</li><li>Moad, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=RAFT+(Reversible+addition-fragmentation+chain+transfer)+crosslinking+(co)polymerization+of+multi-olefinic+monomers+to+form+polymer+networks.">RAFT (Reversible addition-fragmentation chain transfer) crosslinking (co)polymerization of multi-olefinic monomers to form polymer networks.</a> Polymer International. 64 (1), 15-24 (2015).</li><li>Li, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=SI-PET-RAFT:+Surface-initiated+photoinduced+electron+transfer-reversible+addition-fragmentation+chain+transfer+polymerization.">SI-PET-RAFT: Surface-initiated photoinduced electron transfer-reversible addition-fragmentation chain transfer polymerization.</a> ACS Macro Letters. 8 (4), 374-380 (2019).</li></ol>

הפרוטוקול הנוכחי מדגים תהליך להדפסה תלת-ממדית של חומרים פולימריים בעלי תכונות בתפזורת ובאופן עצמאי. ההליך מתבצע בשיטה דו-שלבית על-ידי הדפסת תלת-ממד של מצע הבסיס ולאחר מכן שינוי שכבת פני השטח של העצם המודפס בתלת-ממד באמצעות שרף פונקציונלי שונה אך באמצעות אותה חומרת הדפסה תלת-ממדית. בע?...

ייצור תוספים והדפסת תלת-ממד חוללו מהפכה בייצור החומרים על ידי מתן מסלולים יעילים וקלים יותר לייצור חומרים מורכבים גיאומטרית1. מלבד חירויות העיצוב המשופרות בהדפסה בתלת-ממד, טכנולוגיות אלה מייצרות פחות פסולת מתהליכי ייצור תת-פעילות מסורתיים באמצעות שימוש נבון בחומרים מבשרים בתהליך ייצור שכבה אחר שכבה. מאז שנות ה-80 של המאה ה-20 פותח מגוון רחב של טכניקות הדפסה תלת-ממדיות שונות לייצור רכיבים פולימריים, מתכתיים וקרמיים1. השיטות הנפוצות ביותר כוללות הדפסת תלת-ממד מבוססת שחול כגון ייצור חוטים מותך וטכניקות כתיבת דיו ישירות2, טכניקות sintering כגון sintering לייזר סלקטיבי3, כמו גם טכניקות הדפסה תלת-ממדית מבוססות שרף כגון סטריאוליתוגרפיה מבוססת לייזר והקרנה וטכניקות עיבוד אור דיגיטליות מוסוכות4 . בין טכניקות ההדפסה התלת-ממדיות הרבות הקיימות כיום, טכניקות ההדפסה התלת-ממדית המופקות בפוטוינפיה מספקות כמה יתרונות בהשוואה לשיטות אחרות, כולל רזולוציה גבוהה יותר ומהירויות הדפסה גבוהות יותר, כמו גם היכולת לבצע התגבשות של השרף הנוזלי בטמפרטורת החדר, מה שפותח את האפשרות להדפסה תלת-ממדית ביו-חומרית מתקדמת4,5,6,7,8, 9.
בעוד יתרונות אלה אפשרו אימוץ נרחב של הדפסה בתלת-ממד בתחומים רבים, היכולת המוגבלת להתאים באופן עצמאי את מאפייני החומר המודפס בתלת-ממד מגבילה יישומים עתידיים10. בפרט, חוסר היכולת להתאים בקלות את המאפיינים המכניים בתפזורת ללא תלות במאפיינים הבין-משפחתיים מגביל יישומים כגון שתלים, הדורשים משטחים תואמים ביולוגית מותאמים היטב ולעתים קרובות תכונות בתפזורת שונות בהרבה, כמו גם משטחים אנטי-פולשניים ואנטיבקטריאליים, חומרי חיישנים וחומרים חכמים אחרים11,12,13 . חוקרים הציעו שינוי פני השטח של חומרים מודפסים 3D כדי להתגבר על בעיות אלה כדי לספק באופן עצמאי יותר להתאים בתפזורת ותכונות בין-דתיות 10,14,15.
לאחרונה, הקבוצה שלנו פיתחה תהליך הדפסה תלת-ממדית פוטו-מושרה המנצל פילמור שרשרת חיבור-פיצול הפיך (RAFT) כדי לתווך סינתזת פולימר רשת15,16. פילמור RAFT הוא סוג של פילמור רדיקלי נטרול הפיך המספק רמה גבוהה של שליטה על תהליך הפילמור ומאפשר ייצור של חומרים מקרומולקולריים עם משקלים מולקולריים מכווננים היטב וטופולוגיות, והיקף כימי רחב17,18,19. ראוי לציין, תרכובות thiocarbonylthio, או סוכני RAFT, בשימוש במהלך פילמור RAFT נשמרים לאחר פילמור. לכן ניתן להפעיל אותם מחדש כדי לשנות עוד יותר את התכונות הכימיות והפיזיות של החומר המקרומולקולרי. לכן, לאחר הדפסה 3D, אלה סוכני RAFT רדומים על המשטחים של החומר המודפס 3D ניתן להפעיל מחדש בנוכחות מונומרים פונקציונליים כדי לספק משטחי חומר מותאמים20,21,22,23,24,25,26. פילמור פני השטח המשני מכתיב את תכונות החומר הבין-דתי וניתן לבצעו בצורה מבוקרת מרחבית באמצעות ייזום פוטוכימי.
הפרוטוקול הנוכחי מתאר שיטה להדפסת חומרים פולימריים תלת-ממדיים באמצעות תהליך פילמור RAFT פוטוני המושרה ולאחר מכן שינוי פני השטח במקום כדי לווסת את המאפיינים הבין-דתיים ללא תלות במאפיינים המכניים של החומר בתפזורת. בהשוואה לגישות קודמות של הדפסה בתלת-ממד ולשינוי פני השטח, הפרוטוקול הנוכחי אינו דורש deoxygenation או תנאים מחמירים אחרים ולכן הוא נגיש מאוד עבור אנשים שאינם מומחים. יתר על כן, השימוש בחומרת הדפסה תלת-ממדית לביצוע ייצור החומר הראשוני ופוסט-פונקציונליזציה של פני השטח מספק שליטה מרחבית על תכונות החומר וניתן לבצע זאת ללא יישור מייגע של מספר מסכות צילום שונות כדי ליצור דפוסים מורכבים.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>1-pyrenemethyl methacrylate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>765120</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2-(n-butylthiocarbonothioylthio) propanoic acid</td>
			<td>Boron Molecular</td>
			<td>BM1640</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3D Printer</td>
			<td>Photon</td>
			<td>Mono S</td>
			<td>light intensity at digital mask surface = 0.81 mW cm-2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3D Printing Slicing Software</td>
			<td>Photon</td>
			<td>Photon Workshop V2.1.19</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>40 kHz Ultrasonic Bath</td>
			<td>Thermoline</td>
			<td>UB-410</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Compressed Air</td>
			<td>Coregas</td>
			<td>230142</td>
			<td>Tank operating at 130 kPa</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Computer Assisted Design Program</td>
			<td>SpaceClaim</td>
			<td>SpaceClaim Design Manager V19.1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Diphenyl (2,4,6-trimethylbenzoyl) phosphine oxide</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>415952</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanol Undenatured 100% AR</td>
			<td>ChemSupply</td>
			<td>EL043-2.5L-P</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanol Wash bottle</td>
			<td>Rowe Scientific</td>
			<td>AZLWGF541P</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fluorescence Imager</td>
			<td>Bio-Rad</td>
			<td>Gel Doc XR+</td>
			<td>Uses a 302 nm gas discharge lamp as emission source</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Light intensity power meter</td>
			<td>Newport</td>
			<td>843-R</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mechanical Tester</td>
			<td>Mark&#8211;10</td>
			<td>ESM303</td>
			<td>1 kN force gauge M5&#8211;200</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Moldable plastic film</td>
			<td>Parafilm</td>
			<td>PM992</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N,N-dimethlacrylamide</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>274135</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N,N-Dimethylformamide HPLC</td>
			<td>ChemSupply</td>
			<td>LC1051-G4L</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Poly(ethylene glycol) diacrylate average Mn 250</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>475629</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Post Cure Lamp</td>
			<td>Leoway</td>
			<td>&#8206;B0869BY79P</td>
			<td>60 W 405 nm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Standards document</td>
			<td>ASTM</td>
			<td>ASTM Standard D638-14</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tensile testing machine</td>
			<td>Mark-10</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>UV Light</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>11-982-30</td>
			<td>6 W Spectroline E-Series, Gas discharge lamp</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vortex Mixer IKA Vortex 3</td>
			<td>LabTek</td>
			<td>3340000I</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

3d printing and in situ surface modification via type i photoinitiated reversible addition-fragmentation chain transfer polymerization

הדפסה בתלת-ממד מספקת גישה קלה לחומרים מורכבים גיאומטריים. עם זאת, חומרים אלה קשורים באופן מהותי בתפזורת ובתכונות בין-דתיות התלויות בהרכב הכימי של השרף. בעבודה הנוכחית, חומרים מודפסים בתלת-ממד עוברים לאחר פונקציונליזציה באמצעות חומרת המדפסת התלת-ממדית באמצעות תהליך פילמור משני ביוזמת פני השטח, ובכך מספקים שליטה עצמאית על תכונות החומר בתפזורת ובבין-דתיות. תהליך זה מתחיל בהכנת שרפים נוזליים, המכילים מונומר חד-תכליתי, מונומר רב-תכליתי מוצלב, מין רך פוטוכימי המאפשר ייזום של פילמור, ובאופן קריטי, תרכובת תיוקרבונילתיו המאפשרת פילמור שרשרת חיבור-פיצול הפיך (RAFT). תרכובת thiocarbonylthio, הידועה בדרך כלל כסוכן RAFT, מתווכת את תהליך פילמור צמיחת שרשרת ומספקת חומרים פולימריים עם מבני רשת הומוגניים יותר. השרף הנוזלי נרפא באופן של שכבה אחר שכבה באמצעות מדפסת תלת-ממד לעיבוד אור דיגיטלי הזמינה מסחרית כדי להעניק לחומרים תלת-ממדיים בעלי גיאומטריות הנשלטות על ידי מרחבים. השרף הראשוני מוסר ומוחלף בתערובת חדשה המכילה מונומרים פונקציונליים ומינים פוטו-מיניים. החומר המודפס בתלת-ממד נחשף לאחר מכן לאור ממדפסת התלת-ממד בנוכחות תערובת המונומר הפונקציונלית החדשה. זה מאפשר פילמור יזום פני השטח photoinduced להתרחש מקבוצות סוכן RAFT סמוי על פני השטח של החומר המודפס 3D. בהתחשב בגמישות הכימית של שני השרפים, תהליך זה מאפשר מגוון רחב של חומרים מודפסים תלת-ממדיים להיות מיוצרים עם תכונות בתפזורת ובינעירונית הניתנות להתאמה אישית.

ההליך הכללי להדפסה בתלת-ממד ולפונקציונליזציה של פני השטח מוצג באיור 1. בפרוטוקול זה, פולימר רשת מסונתז בתחילה באמצעות תהליך פילמור RAFT פוטוני מושרה15, באמצעות מדפסת תלת-ממד כדי לייצר אובייקט בתהליך שכבה אחר שכבה (איור 1A). שרף בתפזורת המשמש לי...

Watch this Scientific Journal Video about 3D Printing and In Situ Surface Modification via Type I Photoinitiated Reversible Addition-Fragmentation Chain Transfer Polymerization at JoVE.com

3D Printing and In Situ Surface Modification via Type I Photoinitiated Reversible Addition-Fragmentation Chain Transfer Polymerization

הפרוטוקול הנוכחי מתאר את ההדפסה התלת-ממדית המבוססת על עיבוד אור דיגיטלי של חומרים פולימריים באמצעות פילמור שרשרת חיבור-פיצול הפיך מסוג I פוטוניטיזציה של העברת שרשרת חיבור-פיצול הפיך ואת הבא בתור לאחר הפונקציונליזציה של חומר המקום באמצעות פילמור בתיווך פני השטח. הדפסה בתלת-ממד Photoinduced מספקת חומרים עם תכונות בתפזורת ובאופן רוחבי מותאמות אישית ומבוקרות באופן מרחבי.

הדפסה תלת-ממדית ושינוי פני השטח של סיטו באמצעות סוג I photoinitiated פילמור העברת שרשרת חיבור-פיצול הפיך

3D printing provides facile access to geometrically complex materials. However, these materials have intrinsically linked bulk and interfacial properties ...

פרוטוקול זה מאפשר לכוונן באופן עצמאי את המאפיינים בתפזורת ובבין-דתיים של חומרים המודפסים בתלת-ממד. הדבר מעניק גמישות רבה יותר לעיצוב וליצירת חומרים מורכבים המודפסים בתלת-ממד. טכניקה זו אינה דורשת תנאי תגובה מחמירים וניתן לבצעה באמצעות ציוד זמין מסחרית.כתוצאה מכך, טכניקה זו מקלה באופן משמעותי על ייצור חומרים מורכבים המודפסים בתלת-ממד. כדי להתחיל, להכין את שרף בתפזורת על ידי שוקל 0.36 גרם של BTPA לתוך בקבוקון ענבר נקי 50 מיליליטר. הוסף 13.63 מיליליטר של פוליאתילן גליקול דיאקרילט ו 14.94 מיליליטרים של DMAm לבקבוקון הענבר באמצעות micropipette.בבקבוקון זכוכית נקי נפרד 20 מיליליטר מכוסה רדיד אלומיניום, להוסיף 0.53 גרם של TPO. באמצעות micropipette, להוסיף 10 מיליליטר של DMAm לבקבוקון זכוכית 20 מיליליטר המכיל את TPO ולאטום את הבקבוקון באמצעות המכסה. ביסודיות הומוגניזציה הפתרון של TPO ב- DMAm על ידי ערבוב באמצעות מערבל מערבולת במשך 10 שניות ולאחר מכן באמצעות אמבטיה קולית מעבדה סטנדרטית כדי sonicate התערובת במשך 2 דקות בטמפרטורת החדר.באמצעות פיפטה זכוכית ונורה פיפטה גומי, להעביר את הפתרון מבקבוקון זכוכית 20 מיליליטר לבקבוקון ענבר 50 מיליליטר ולאטום את הבקבוקון עם כובע וסרט פלסטיק יצוק. לנער בעדינות את בקבוקון ענבר 50 מיליליטר ולאחר מכן הניח את הבקבוקון באמבטיה קולית במשך 2 דקות בטמפרטורת החדר כדי להבטיח את התערובת היא הומוגנית. מניחים את בקבוקון הענבר האטום מלא עם שרף בתפזורת במכסה המנוע אדים לשימוש מאוחר יותר.הכן את שרף פני השטח כפי שתואר בעבר להכנת שרף בתפזורת. לאחר הכנת שרף פני השטח, מניחים את הענבר הנתעב האטום מלא שרף פני השטח במכסה המנוע אדים לשימוש מאוחר יותר. כדי לבצע הדפסה בתלת-ממד, יש לשפוך את השרף בתפזורת שהוכן בעבר לתוך מיכל המדפסת התלת-ממדית, כדי להבטיח שהפתרון מכסה לחלוטין את הסרט התחתון במיכל ללא בועות אוויר או אי-הומוגניות אחרות, ולאחר מכן סגור את מארז המדפסת התלת-ממדית.נווט/י ב-USB באמצעות מסך המדפסת התלת-ממדית ובחר/י את קובץ הדגם הפרוס על-ידי לחיצה על כפתור המשולש 'הפעל' כדי להתחיל בתהליך ההדפסה בתלת-ממד. על-ידי צפייה במסך מדפסת התלת-ממד, שימו לב היטב למספר השכבות המודפסות והשהו את תוכנית ההדפסה על-ידי לחיצה על כפתור שני הקווים האנכיים השהה במהלך הדפסה בתלת-ממד של השכבה האחרונה של מצע הבסיס. הסירו את כל שלב הבנייה ושטפו בעדינות את שלב הבנייה והחומר המודפס עם 100% אתנול ללא דנטורציה מבקבוק כביסה למשך 10 שניות כדי להסיר שאריות שרף בתפזורת מהחומר המודפס בתלת-ממד ומב הבנייה.בעזרת אוויר דחוס, ייבשו בעדינות את החומר המודפס בתלת-ממד ובנו שלב להסרת אתנול שיורית ולאחר מכן הכנסו מחדש את שלב הבנייה למדפסת התלת-ממד. הסירו את המיכל ממדפסת התלת-ממד ושפכו את השרף בתפזורת הנותרת לתוך שפל ענבר, ואחסנו את הנתעב במקום קריר וחשוך. באמצעות 100% אתנול ללא דנטורציה מבקבוק כביסה, לשטוף בזהירות את המיכל כדי להסיר כל שאריות שרף בתפזורת.יבש את המיכל באמצעות זרם של אוויר דחוס כדי להסיר כל אתנול שיורית ולהכניס מחדש את המיכל למדפסת 3D. כדי לבצע פונקציונליזציה של פני השטח, יש לשפוך את שרף המשטח שהוכן בעבר לתוך מיכל המדפסת התלת-ממדית, כדי להבטיח שהפתרון יכסה לחלוטין את הסרט התחתון ללא בועות אוויר או אי-אורגניות אחרות, ולאחר מכן סגור את מארז המדפסת התלת-ממדית. לחדש את תוכנית ההדפסה בתלת-ממד על-ידי לחיצה על כפתור המשולש הפעל כדי לאפשר לתבנית פני השטח שנקבעה מראש להתרחש.לאחר השלמת תוכנית ההדפסה, הסר את שלב הבנייה מהמדפסת התלת-ממדית ושטוף במשך 10 שניות עם אתנול 100% לא מנוטרל באמצעות בקבוק כביסה להסרת שאריות שרף משטח מהחומר המודפס בתלת-ממד ושלב הבנייה. בעזרת אוויר דחוס, ייבשו בעדינות את החומר המודפס בתלת-ממד ובנו שלב להסרת שאריות אתנול. בעוד עדיין מחובר לשלב הבנייה, לאחר לרפא את החומר על ידי היפוך שלב הבנייה כולו והצבתו תחת אור 405 ננומטר במשך 15 דקות.הסר בעדינות את החומר המודפס בתלת-ממד בעל פונקציונליות פני השטח משלב הבנייה באמצעות לוח מתכת דק או מגרד צבע. כדי לבצע את ניתוח הפלואורסצנטיות, מקם את החומר בעל תפקוד פני השטח המודפס בתלת-ממד מתחת למנורת פריקה של גז אולטרה סגול של 312 ננומטר במקום חשוך, מה שמבטיח שהשכבה בעלת תפקוד פני השטח פונה כלפי מעלה. הפעל את המנורה כדי להקרין ברציפות את שכבת פני השטח באור 312 ננומטר ולהתבונן בתבנית הפלואורסצנטית.כדי לבצע את ניתוח תכונות המתיחה, מקם את הדגימות בצורת עצם הכלב בין האחיזות של מכונת בדיקה מתיחה, ומבטיח שהחומר המודפס בתלת-ממד ממוקם באופן שווה במרחק של 50.3 מילימטרים. הפעל את התוכנית כדי להשיג כוח לעומת נתוני נסיעות. לאחר הדפסה תלת-ממדית ותפקוד פני השטח, החומר נרפא לאחר הקרנה של 405 ננומטר.זה נצפתה כי החומרים פונקציונליים היו צהובים אבל שקוף מאוד עם צורות מוגדרות היטב. החומרים הפונקציונליים אינם מראים פלואורסצנטיות בחושך. עם זאת, עם הקרנה אולטרה סגולה, פלואורסצנטיות פני השטח נפתרה מרחבית נצפתה באזורים המוקרנים באור במהלך שלב פונקציונליזציה פני השטח, גלוי כמו דפוס יין-יאנג מוגבה מעט.תמונות פלואורסצנטיות הראו כי החלק התחתון של החומר לא הראה פלואורסצנטיות תחת הקרנת אור אולטרה סגולה. עם זאת, הצד העליון של החומר הראה פלואורסצנטיות חזקה בתבנית היין-יאנג. התכונות המכניות של הדגימות בצורת עצם כלב מודפסות בתלת-ממד נותחו והושגה עקומת מתח-מתח.החומר הראה עיוות אלסטי, מתן מתח תשואה של כ 25 מגה פסקל, ולאחר מכן עיוות פלסטיק לפני כישלון. ההארכה בהפסקה הייתה כ -12% בעוד הלחץ בהפסקה היה כ -22 מגה פסקל. המודולוס של יאנג חושב להיות כ 7 מגה פסקל, בעוד הקשיחות הייתה כ 115 מגה ג'אול למטר מעוקב.חשוב לוודא כי תושב פני השטח מכסה לחלוטין את סרט המע"מ והוא נקי מבועות אוויר או פגמים אחרים שעלולים להוביל לחריגות מתבנית פני השטח המיועדת.

Research

JoVE Journal

Chemistry

3D Printing and In Situ Surface Modification via Type I Photoinitiated Reversible Addition-Fragmentation Chain Transfer Polymerization

Facile and Efficient Preparation of Tri-component Fluorescent Glycopolymers via RAFT-controlled Polymerization

הכנה קלילה ויעילה של Glycopolymers פלורסנט Tri-רכיב באמצעות פלמור שליטת רפסודה

Synthetic glycopolymers are instrumental and versatile tools used in various biochemical and biomedical research fields. An example of a facile and ...

Ethylene Polymerizations Using Parallel Pressure Reactors and a Kinetic Analysis of Chain Transfer Polymerization

Polymerizations אתילן באמצעות כורי לחץ מקבילים וניתוח קינטי של העברת פלמור שרשרת

We demonstrate a method for high-throughput catalyst screening using a parallel pressure reactor starting from the initial synthesis of a nickel ...

Assessment of Boron Doped Diamond Electrode Quality and Application to In Situ Modification of Local pH by Water Electrolysis

Assessment of Boron Doped Diamond Electrode Quality and Application to In Situ Modification of Local pH by Water Electrolysis

הערכה של בורון מסוממים יהלומי אלקטרודה איכות ובקשה ל<em&gt; באתר</em&gt; שינוי של pH המקומי על ידי אלקטרוליזה המים

Boron doped diamond (BDD) electrodes have shown considerable promise as an electrode material where many of their reported properties such as extended ...

A Method to Manipulate Surface Tension of a Liquid Metal via Surface Oxidation and Reduction

שיטה למניפולציות מתח פנים של מתכת נוזלית באמצעות חמצון פני שטח והפחתה

Controlling interfacial tension is an effective method for manipulating the shape, position, and flow of fluids at sub-millimeter length scales, where ...

Atom Transfer Radical Polymerization of Functionalized Vinyl Monomers Using Perylene as a Visible Light Photocatalyst

העברת Atom פילמור רדיקלי של פונקציונליות ויניל מונומרים שימוש Perylene בתור Photocatalyst אור גלוי

A standardized technique for atom transfer radical polymerization of vinyl monomers using perylene as a visible-light photocatalyst is presented. The ...

Synthesis of Protein Bioconjugates via Cysteine-maleimide Chemistry

Synthesis of Protein Bioconjugates via Cysteine-maleimide Chemistry

סינתזה של חלבון Bioconjugates<em&gt; דרך</em&gt; כימיה ציסטאין-maleimide

The chemical linking or bioconjugation of proteins to fluorescent dyes, drugs, polymers and other proteins has a broad range of applications, such as the ...

Epitaxial Growth of Perovskite Strontium Titanate on Germanium via Atomic Layer Deposition

הצמיחה epitaxial של perovskite סטרונציום Titanate על גרמניום באמצעות הפקדת אטומית Layer

Atomic layer deposition (ALD) is a commercially utilized deposition method for electronic materials. ALD growth of thin films offers thickness control and ...

Microfluidic Dry-spinning and Characterization of Regenerated Silk Fibroin Fibers

Microfluidic יבש-ספינינג ואפיון של סיבי Fibroin משי מחדש

The protocol demonstrates a method for mimicking the spinning process of silkworm. In the native spinning process, the contracting spinning duct enables ...

Synthesis of Substrate-Bound Au Nanowires Via an Active Surface Growth Mechanism

סינתזה של המצע מכורך Au Nanowires באמצעות מנגנון הצמיחה הפעילה משטח

Advancing synthetic capabilities is important for the development of nanoscience and nanotechnology. The synthesis of nanowires has always been a ...

Stereolithographic 3D Printing with Renewable Acrylates

הדפסה תלת-ממדית Stereolithographic עם Acrylates מתחדשת

The accessibility of cost-competitive renewable materials and their application in additive manufacturing is essential for an efficient biobased economy. ...